设定地震场地相关设计反应谱的研究

我国现行国家标准《水工建筑物抗震设计标准》（GB 51247—2018）规定,场地相关设计反应谱宜釆用与基于《工程场地地震安全性评价》（GB 17741—2005）的设计地震动峰值加速度相应的“设定地震”确定。为便于工程技术人员理解和应用,本文进行了确定设定地震内涵和步骤的高级科普性阐述,将按《〈水电工程水工建筑物抗震设计规范〉（NB 35047—2015）设定地震确定场地相关设计反应谱补充说明》,以“最大发生概率原则”的确定方法加以说明。我国缺乏直接由强震记录统计的加速度反应谱衰减关系,权且采用美国“下一代衰减关系（NGA）”,其中涉及到震中距和断层距的转换,本文对转换过程进行了进一步论述,以期形成共识。此外,考虑到不同“NGA”衰减关系给出的加速度反应谱差异较大,提出确定设定地震反应谱的新思路。建议汇集已有岩基上较近距离的实测强震记录的反应谱资料,对其按震级和距离进行适当分档,然后插值确定设定地震的场地相关设计反应谱,这样既可以免除当前我国缺乏反应谱衰减关系的困难,还能使确定场地相关设计反应谱的过程大为简化和合理。     

基于设定地震场地相关反应谱的面板堆石坝动力计算

结合NB 35047-2015《水电工程水工建筑物抗震设计规范》,重点研究了基于规范标准设计反应谱、场地反应谱及设定地震的场地相关反应谱确定的动参数下面板堆石坝坝体的动力响应。依托于某面板堆石坝,计算了在上述三种反应谱下坝体的加速度响应、动位移、永久变形、坝坡塑性累计滑移量等指标。计算结果表明:采用设定地震的场地相关反应谱得到的坝体抗震各项指标均高于规范标准设计反应谱和场地反应谱,采用规范标准设计反应谱和场地反应谱确定的动参数进行面板堆石坝的抗震计算结果偏于保守,为面板堆石坝的抗震计算及设计提供参考。     

河床式水电站厂房结构的地震响应分析方法研究

以某河床式水电站工程为例,在分析厂房整体结构特点的基础上,建立了三维有限元模型,并应用《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5037-2000)和《欧洲结构抗震设计规范》(Eurocode 8)中三种不同的反应谱,进行了河床式水电站厂房结构的地震响应分析。将设计反应谱转换成20s的人造地震波,通过时程分析,对反应谱分析得到的结构应力和位移状况进行验证对比,讨论在规范规定的不同反应谱分析方法下河床式水电站厂房结构地震响应的异同。期待研究成果可以为我国抗震规范的修订提供部分借鉴。     

基于不同设计反应谱的高拱坝动力特性研究

采用动力法计算地震作用效应时,设计反应谱是地震动的重要参数。目前SL 203—97《水工建筑物抗震设计规范》和NB 35047—2015《水电工程水工建筑物抗震设计规范》两本抗震规范标准设计反应谱不同。文章以某高拱坝为例,采用不同设计反应谱生成的人工波,对大坝进行动力分析。研究成果表明:利用两种规范标准谱人工波计算出的坝体应力和横缝张开度规律一致,SL 203—97规范标准谱人工波计算得出的坝体拉应力较NB35047—2015规范标准谱减小超过25%,压应力减小10%～20%,横缝张开度减小30. 5%,研究成果为高拱坝进行抗震安全评价提供依据。     

苗尾水电站砾质土心墙堆石坝抗震复核分析

根据NB 35047-2015《水电工程水工建筑物抗震设计规范》和《澜沧江苗尾水电站枢纽工程竣工安全鉴定工作大纲》规定要求,应按照设定地震法确定场地相关设计反应谱,作为人工合成地震波的目标谱,对苗尾水电站砾质土心墙堆石坝进行抗震复核计算.根据地震动参数复核结果,结合坝料动力试验成果,采用非线性动力有限元法对苗尾水电站砾...     

基于新、旧规范的混凝土重力坝地震响应对比

大坝的抗震计算是设计人员所关注的重点问题,由于最新行业标准GB 51247—2018《水工建筑物抗震设计标准》对标准设计反应谱曲线进行了修订,为了能够准确对比新旧标准的反应谱对坝体造成的影响程度,文章综合应用反应谱法和时程分析法计算了混凝土重力坝典型坝段的地震响应应力,结果显示新规范下大坝重要部位的应力有所增加,结构抗震安全性降低的概率较大,对已运行的重力坝按照新规范进行抗震强度核算的必要性较大。     

关于地震主动动土压力计算公式探讨

水工建筑物地震主动动土压力计算较为复杂，在现行《水工建筑物抗震设计规范》中提供的计算公式存在一定缺陷。通过大量计算分析及验证，对现行规范计算公式提出了改进意见，供大家借鉴。     

水工建筑物抗震设防标准研究

结合《水工建筑物抗震设计规范》的修编,对水工建筑物的抗震设防标准基本原则、概念和指导思想进行了阐述,并对《水工建筑物抗震设计规范》修编中抗震设防标准的框架提出了建议:以有效峰值加速度作为表征地震作用强度的主要抗震设计参数,并明确其为所在地区半无限空间均质岩体在平坦自由地表的最大水平向地震动峰值加速度,不涉及具体地形地质条件;"运行基本地震"和"水库触发地震"无需列入水工建筑物抗震设防标准框架;按水工建筑物等级及所在场地基本烈度,分为一般、重要和重大三个层次确定抗震设防标准依据及其主要地震动参数的选择方法;对一般和重要水工建筑物,仍保持基本按"最大设计地震"的一级设防规定,应对重大高坝工程进行在"最大可信地震"时不发生溃决灾变的专门研究。     

河床式水电站厂房地震响应软弱基岩弹模敏感性分析

针对水工抗震设计规范的修订情况,以某软弱基岩河床式水电站厂房为例,对中间标准机组段建立基础—厂房整体有限元模型,研究设计反应谱特征周期和下降段衰减系数变动对厂房结构地震动响应的影响,然后依据《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB 35047—2015)定量分析软弱基岩弹模变化对河床式水电站厂房自振特性及静动力响应的影响规律。结果表明:由于反应谱特征周期与衰减系数的调整,该厂房依照《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB 35047—2015)所得响应较《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073—2000)更为剧烈,第一主应力与总位移可分别提高36.3%和29.8%,增强程度不可忽视。基岩弹模低于5.0 GPa时,厂房对基岩弹模的变化十分敏感,较小的改变也会显著影响厂房在静动力荷载环境下的应力、位移和变形等响应;基岩弹模高于5.0 GPa时,厂房对其变化不再敏感。可见,必须重视软弱基岩弹性模量参数改变的情况,这种改变将对其上建筑物的静动力计算结果产生不可忽视的影响。     

随机地震动输入模型研究及渡槽抗震分析

在平稳地震动过程的Kanai-Tajimi模型和Clough-Penzien模型的基础上,分别建立了2种全非平稳地震动加速度过程的广义演变谱模型。根据我国现行的《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073—2000),确定了2种广义演变谱模型的参数值。应用非平稳随机过程模拟的谱表示-随机函数方法,分别生成了基于2种广义演变谱的全非平稳地震动代表性时程集合,并进行了二阶数值统计值的对比分析。同时,通过代表性时程集合的平均反应谱与规范反应谱的拟合比较,发现K-T(Kanai-Tajimi)广义演变谱模型更适用于水工建筑物抗震设计。最后,将K-T广义演变谱模型与概率密度演化理论相结合,对渡槽结构进行了随机地震反应和抗震可靠度分析。     

地震动设计反应谱特性对进水塔增量动力分析结果的影响研究

汶川地震后相关部门结合震害调研和抗震经验对水工建筑物抗震设计规范进行了修编,标准设计反应谱曲线下降段指数由0.9调整为0.6,场地类别及其相关的反应谱特征周期有所调整。根据新老抗震设计规范的不同规定,对我国西南某水电站进水塔进行增量动力分析,研究比较新老标准设计反应谱特性的变化对进水塔增量动力分析结果的影响。研究表明,根据旧规范DL 5073—2000,满足最大设计地震要求的进水塔抗震能力为0.299 g,而根据新规范NB 35047—2015,抗震能力为0.192 g,降低了35.8%。因此,标准设计反应谱特性的变化对进水塔增量动力分析结果的影响显著。研究结果可为水工抗震规范的应用和工程抗震设计提供有益的参考。     

地震反应谱的局限性及最新发展

地震反应谱方法是土木工程结构抗震设计的基本方法,我国2010新抗震设计规范继续将其作为求解结构地震作用的基本方法。本文回顾了地震反应谱的产生与发展,在研究了地震反应谱基本假设、基本特性及形状特征的基础上,归纳总结了地震反应谱存在的局限性及相应的改进措施,为完善地震反应谱方法及更好地利用地震反应谱理论进行结构抗震设计提供了基础。     

基于NB35047-2015规范的锦屏拱坝抗震复核

能源行业标准《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB35047-2015)已于2015年9月1日颁布实施。介绍了依据该规范开展的锦屏一级高拱坝抗震安全复核工作。主要内容包括:基于设定地震的场地相关设计反应谱研究;采用动力拱梁分载法、线弹性有限元法和非线性有限元法,进行设计和最大可信地震作用下的应力和坝肩岩体动力稳定分析;在选定的人工地震波基础上,采用以基岩峰值加速度在设计地震基础上比例放大的方式,进行大坝地基系统在超设计地震荷载下的地震超载能力分析。复核分析表明,锦屏一级高拱坝具有较高的抗震潜力;设计地震和最大可信地震作用下,坝体抗压强度安全满足现行抗震规范要求,且抗压强度安全有较大安全裕度,坝体拉应力基本未超过混凝土容许的应力范围,仅局部应力集中部位拉应力较大,能满足校核地震作用下"不溃坝"的设防要求。     

首届全国水工抗震防灾学术会议在南京召开

首届全国水工抗震防灾学术会议于2006年10月28—30日在南京召开。这既是本世纪第一次全国水工抗震防灾领域的学术盛会，也是为2008年首次在我国召开的第十四届世界地震工程大会作前期准备。世界地震工程大会是地震工程界全球性规模最大的学术盛会，有“地震工程奥运会”之称，近几届世界地震工程大会都有两个专门有关大坝抗震的专题，由国际大坝委员会地震专业委员会主持。本届水工抗震防灾学术会议就水工建筑物与地基材料动态特性、水工建筑物抗震分析与设计、水工结构现场检测与监测、健康诊断与鉴定、水工建筑物抗震防灾与加固改造及水工结构工程振动、爆炸与冲击等专题，结合国内外近年来的发展和研究工作进行了广泛的学术交流。并将向第十四届世界地震工程大会推荐优秀学术论文。     

基于线性拟合的水电工程闸门地震荷载简化方法

随着科学技术的进步和社会对地震灾害认识的深化,规范对水工建筑物的抗震要求也越来越高。闸门作为最容易受地震影响的水工建筑物,如何考虑其地震荷载,关系着整个工程抗震体系的安全。根据NB35047《水电工程水工建筑物抗震设计规范》,地震荷载计算方法有2种,即拟静力法和动力法。关于闸门地震荷载的计算,最新闸门设计规范中只给出了参照标准,并未给出具体的计算方法。文章通过理论推导,基于NB35047中地震荷载计算公式,通过线性拟合的方式,推导出闸门地震荷载的影响系数计算方法,以方便实际设计中应用。     

关于水工建筑物地震主动动土压力计算的商榷

在水工建筑物的抗震设计过程中,地震主动动土压力计算问题较复杂,在工程实际中计算方法不一。通过总结各种计算方法,提出计算地震主动动土压力的意见。     

高土石坝地震动态分布系数研究

与低坝相比，高土石坝受地基刚性的约束减弱，坝体的自振周期延长。在坝体地震反应中，高阶自振周期容易与地震卓越周期迂合，高阶振型的振动易于被激发放大，从而导致坝体地震加速度沿坝高分布与低坝有所不同。现行《DL5073—1997水工建筑物抗震设计规范》对土石坝动态分布系数的规定适合于150m以下的土石坝，已不能适应高土石坝建设的发展需要。因此，利用反应谱法，研究了高土石坝地震动态分布系数，得到了随着坝高的增加，振型数目、高阶周期与地震卓越周期的迂合几率以及加速度分布的变化规律，最终给出了坝高大于150m的土石坝的切速度分布。     

高拱坝抗震安全研究

我国是多地震国家,高坝大库多建于西部强震区,其中坝高超过200 m的大坝多为混凝土拱坝,其抗震安全至关重要。结合2018年11月颁布实施的《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247—2018)的编制工作,在高拱坝抗震方面取得的主要研究成果,包括大坝抗震设防水准框架、大坝地震动参数的合理确定、大坝地震动输入机制、大坝—地基系统整体抗震稳定分析和大坝坝体强震损伤破坏机理分析,据此提出了最大可信地震下高拱坝抗震安全定量评价指标。     

关于水工建筑物地震主动动土压力计算的商榷

在水工建筑物的抗震设计过程中，地震主动动土压力计算问题较复杂，在工程实际中计算方法不一。通过总结各种计算方法，提出计算地震主动动土压力的意见。     

新旧抗震规范下重力坝抗震安全性能分析

结合新修订的《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB35047-2015)与原来的《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000),采用振型分解反应谱法分析了新旧规范下重力坝地震动应力、动位移与动加速度的分布规律。研究结果表明:与采用原规范计算得到的结果相比,采用修订规范后,各坝型基频对应的反应谱放大系数增大,计算出的坝顶动位移有所增大,而坝顶动加速度反应却呈现降低趋势;建基面部位地震动应力反应有所增大;坝头部位的地震动应力反应有所降低;坝头部位以下的上、下游坝面地震动应力有所增大。结论为工程设计人员利用新抗震规范对重力坝进行抗震安全性评价提供了参考。